KY YEU HTTQ CO HOC VA KHI CU BAY CO DK pdf
vàn H 'VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CHẾ TẠO KHÍ CỤ BAY 'GS TSKH Nguyễn Đức Hùng, Trung tam KHKT-CNOS + 'Các khí cụ bay tiêu biểu máy bay, tên lửa sử đụng nhiều chủng loại vật liệu với „ yêu cấu cao vẻ độ bền học, bên môi trường, bên nhiệt nhảm đảm bảo độ an toàn cao Để đạt yêu cầu vật liệu sử dụng chế tạo khí cụ bay phải qua nghiên cứu chế tạo thử nghiệm sỡ quy luật vẻ cấu tạo hóa học loại vật liệu Những chủng loại vật liệu phận: cánh, thân, khung, động cơ, sơn phủ đầu nối loại ống, dây dẫn chế tạo từ loại hợp kim: nhơm, thép, tí tan, đồng composit với sợi polyme sợi kim loại, hợp kim, Yeu cầu tính chất vật liệu cho kết cấu khí cụ bay 'Các khí cụ bay hoạt động khơng khí với tâm cao khác tốc độ bay lớn nên hịu nhiều tác động cơ, lý, hóa tả trọng đa dạng với cường lục lớn , biến đổi sốc nhiệt độ, ấp suất cao môi trường hoạt động biến đổi khắc nghiệt: Ẩm mặn Các vị trí chức khác khí cụ bay hình thái học chúng [1] yêu cầu vật liệu kết cấu phải có chất, tính chất độ bền khác Về chủng loại vật liệu kết cấu khí cụ bay gồm: vật liệu khung cánh, thân, cột, khung, xương, càng, vỏ, som phil vA vat lieu động như: tuye, tuabin Các tính chất vật liệu kết cấu khung chịu lực vật liệu động chịu tác động oxihéa nhiệt cao (hình 1) cịn vật liệu bể mặt phải bên ma sát nhiệt độ biến đổi (hình 2) Hình Động tuabin phản lực vật liệu 'Các chủng loại vật liệu Hình Sự biến đổi nhiệt độ vũng máy bay Tir yeu cầu hoạt động khí cụ bay, phận khác với chức khác yêu cầu tính chất lý hóa khác như: độ bền mài mịn độ dẻo, độ cứng, tính chất từ độ dẫn cách điện loại vật liệu từ vật liệu điện tử, v Vật liệu kim loại va hợp kim ~ Vật liêu kim loại hợp kim dùng phổ biến kỹ thuật hàng không - vũ 'rụ hợp kim nhôm [2] Tỷ phần hợp kim nhôm so với kim loại khác thay đổi theo thời gian chủng loại khí cụ bay (bảng 1) Bảng cho thấy ngày tỷ phần sử dụng hợp kim nhôm giảm trước day dùng chủ yếu hợp kim nhơm có ưu điểm nhẹ, tỷ trọng nhỏ (2.7g/cm`), dẫn nhiệt dẫn điện cực tốt, bén ăn mịn ðxihóa Hợp kim nhóm bến điều kiện: trang thái ran, môi trường lạnh theo thời gian "Những chủng loại hợp kim nhôm sử dụng phổ biến kỹ thuật hàng khong la 2XXX 201 (Al-Cu-Mg) 6XXX (Al-Mg-Si) 7XXX (AI:Za-Mg-Cu) vị trí khác máy bay hình Bảng Năm 1990 | Dan dung Quân 1995 | Dân dụng Quan si Hiện HKAIL% | 65 HKT.% CFC 10 10 12 2L 12 31 12 giảm < 16% | tăng nhiều | tăng nhiều Misc 15 12 14 Hinh Các vùng máy bay sử dụng loại vật liệu hợp kim nhôm khác Chế độ công nghệ nhiệt hàm lượng nguyên tế hợp kim có tác động định đến tính chất độ bẻn học bền mơi trường vật liệu hợp kim nhôm ký hiệu bằng số như: 2618 có thành phần hóa học AI-2.3Cu-1.6Mg: 2224 có lành phản hóa học Al-4,4Cu-1,5Mg-0,6Mn; 7050 có thành phán hóa học Al-6ZZm 3Cu-2,2Mg: 7075 có thành phản hóa học AI-5.6Zn-2.5Mg-.6Cu; 7150 có thành phần hóa ề IMạ-2,2Cu Yếu tố định đến độ bền chủng loại hợp kim nhôm nhờ chế độ nhiệt luyện hợp kìm hóa nhờ cách xếp cấu trúc phân tử xếp: dda pha Hạn chế chủ yếu hợp kim nhôm nhiệt nóng chảy thấp (~66ŒC) - Hop kim ạn có độ bê r cao dược cơng nghiệp hàng khơng quân ý phế triển tên sở vĩ cấu trúc với kích thước micro nano - Hợp kim đồng ý nghiên cứu ứng dụng độ dẫn điện dẫn nhiệt tốt “Thép có dao động rộng độ bền kéo (đến > 1200MPa) bẻn uốn (đến ~ 50%) Hợp kim niken lại có tính chất ổn định hon hin hop kim titan nhiệt độ thay đổi rong khoảng lớn (hình 4) 202 "Bọ bến dàng op kim than He hòn) 2, Vật liệu composit Hep kim ten | set 29 Mình Độ bến kéo đứt vật iệu siêu hợp kim ‘Vic sản xuất vật liệu scompoit (VLCPS) bùng nổ thập niên vừa qua với tốc độ gia tăng đến 6%/năm [3] VLCPS sở tổ hợp vật liệu nhựa sợi hữu cơ, vô cơ, 5, loại với cấu trúc khác [4] tạo nên tính chất vượt trội so với vật liệu truyền thống, tính chất học độ dẻo, bền gãy, bến mỏi, cứng, dai cắc tính chất hóa lý bén oxihéa, bén an mon, dẫn cách nhiệt, dẫn cách điện [5] “Tuy tỷ phần VLCPS Pháp đạt 300.000 năm 2000 so với 18 triệu kim loại Tỷ phần sử dụng VLCPS khác quốc gia Châu Âu ngành công nghiệp khác Trong Đức chiếm đến 28%, Italia 18% Pháp 15%, Anh, Tây Ban Nha 8%, Hà Lan 7%, Bỉ 6% nước khác Châu Âu 10% 'Trong ngành công nghiệp ôtô chiếm đến 32%, CN hàng không 23%, CN gia dụng 15%, thể (hao giải trí 11% cơng nghiệp điện tử chiếm 9%, CN đóng tàu 4%, thiết bị y tế 2% 'Quá trình kết hợp tổ hợp từ hay nhiều loại vật liệu cho VLCPS tính chất khác với vật liệu gốc nên VLCPS coi sản phẩm thiết kế theo tính chất mong muốn cứng, dẻo, chắc, nhẹ Về VLCPS gồm có vật liệu tạo tạo lưới vật liệu gia cường Vật liệu tạo mạng, tạo lưới sợi kim loại, polime kết cấu vật liệu bay thường mạng, lưới polime gia cường sợi để đạt tính chất: độ dẻo cứng, bền cao, tính định hướng thích ứng, khơng bị ăn mịn mơi trường muối, bền mỏi tuyệt vời Hình Kết cấu góc tăng cường Hình Các dạng sợi mạng lưới Giếng cách sip xép tinh thé cacbon định đến tính chất cơ, lý, nhiệt Vật liệu than chi va kim cương cách xếp vật liệu mạng lưới sợi có ý nghĩa định đến tính chất cơ, lý nhiệt VLCPS 203 “Trong năm gắn day việc ứng dụng vật liệu nanô làm vật liệu mạng lưới cịn mang lại cho VLCPS tính chất vưới trội đặc biệt [6] độ dẻo độ cứng độ bền cơ, lý, hóa, độ siêu dẫn vẻ kích thước cực nhỏ, cực nhẹ Chỉ riêng vật liệu cánh khí cu bay lĩnh vực nghiên cứu phong phú vật liệu hóa học [7] thu hút tập tung phịng thí nghiệm ví du như: Air Force Research Laboratory: NASA"s Langley Research Center (LaRC) da nghiên cứu cấu trúc vật liệu cánh chim để mô theo Đến kỹ thuật vật liệu khí cụ bay chưa đạt trình độ chim nhảy, bay lài vượt xa sức chịu tải, tốc đọ, chíu nhiệt biến đổi co giãn hình dáng để thích nghỉ tự sửa chữa nhờ sử dụng tổ hợp dạng vật liệu polime, kim loại va hop kim, composit va dac biệt dạng vật liệu nanơ "Những vị trí sử dụng loại VLCPS hợp kim khác kỹ thuật hàng khơng [8] trình bày hình a J Hình VỊ trí thiết kế sử dụng VLCPS khéc (eqn ity bio Hình Ống nối loại vậtliệu Vật liệu polime Các polime sử dụng phán khác kết cấu khung vật liệu cách điện, vật liệu thủy tỉnh hữu suối, v đặc biệt vật liệu sợn vỏ Các vật liệu polime sử dụng phổ biến kỹ thuật hàng không từ thập niên gắn day loại nhựa: polyurethane phát minh từ 1930 Otis Bayer với ưu điểm bat độ đẻo, đàn hồi độ bén tấc động oxy, ozôn ánh sáng mật trời; copolyester chủ yếu Riteflex" va Amitel” với số khác tương ứng với tính khác đặc biệt bền nhiệt bền hóa học Các nhớm vật liêu polyme nhớ hình dạng (SMM) gém họ polyme nhớt hình dạng (SMP) nh thể lỏng đàn hổi (L.CE) hợp kim nhớ hình dang (SMA) dang nghiên cứu ứng dung cho kỹ thuật tàng hình để nguy trang Dạng vật Nylon", Tru-stretch® v fy liều sợi đệt nhóm Spandex”, Spandura, Lyera”, Cordura®, thuộc vào mức độ chiều đàn hổi sử dụng phổ biết kỹ thuật khí cụ bay Cong nghé chế tạo vật liệu biến tính vật liêu “Chế tạo vậ liêu cho kỹ thuật hàng không khí cụ bay chủ yếu đựa vào cơng nghệ hóa học cơng nghệ nhiệt luyện Các vật liệu chế tao cịn kết hợp với cơng đoan bổ trợ khác nhàm biến đổi tính chất để đạt tính chất mơng muốn Q trình biến ính vật liêu thực cho toàn vật liệu cổ thể thực bể mặt đủ Biển đổi tính chất tồn bé mặt vật liêu thực trình chế tạo vật liệu thành phẩm bảng nhiều công nghệ khác vật lý, nhiệt, hóa điên hóa 204 ~ Cơng nghệ điện hóa hóa học tạo nên ủ bể nano ca õa nỶẽŸê l1 mặt (hình 9) với cỄỀC Hình Các lớp phủ vật liệu khác nhau: a) NIAI; b) nylon/A!; e) mạ Cc ~ Công nghệ micrô nanơ [9] chế tạo loại vật liệu có kích thước cỡ micro na nơ để mang lại cho vật liệu nhuững tính chất đặc biệt hiệu ứng kích thước Các cơng nghệ chế tạo vật liệu micro nano chủ yếu từ hai chiều làm nhỏ vật liệu có kích thước lớn làm lớn lên ion, phân tử [10] phương pháp ngưng tụ hóa hoc (CVD), ngưng tụ vật lý (PVD) nghiền cơ, nhiệt Công nghệ vật liệu nanơ cịn bao hàm cách "ấp Xếp, kết cấu dạng hat, nhữ tương, huyền phù, lớp đặc sít xốp; đơn hay nhiều lớp; đồng hay đa thành phản, ống hay sơi v.v Việc ứng dụng vật liệu micrơ nanơ vào lĩnh lực khí cụ bay chắn mang lại hiệu đặc biệt bất ngờ Các phương pháp xác định tính chất vật liệu khí cụ bay Các phương pháp xác định tính chất vật liệu sử dụng chủ yếu nhằm chọn vật liệu kiểm tra đánh giá vật liệu Để chọn vật liệu phương pháp phân tích thành phẩn cấu trúc vật liệu phương pháp xác định tính chất cơ, lý, quang điện, nhiệt sử dụng với mẫu vật liệu tương ứng với yêu cầu phương pháp Để chuẩn bị mẫu thường phải phá hủy vật liệu thực phương pháp phân tích xác định thành phần cấu trúc tính chất, vật liệu bị phá hủy hồn tồn 'Nhồm phương pháp quan trọng để xác định cấu trúc tính chất vật liệu khí cụ bay phá hủy vật liệu dựa nguyên lý hiệu ứng phản xạ loại tia Sức = Rơnghen, phóng xạ, cas =3 am, từ trường (hình 10) _— eae sị“ - ‘venta fet * a) b) chất vật tính định xác tắc Hình 10 Nguyên a) Siêu âm; b) Rơnghen; e) Từ trường 205 Kết luận 'Do yêu cầu đặc biệt phải hoạt động khí với tốc độ cao nên vật liệu .được sử dụng để thiết kế chế tạo cho khí cụ bay kỹ thuật hàng không đồi hồi nhiều chất lượng cao vẻ tính chất cơ, lý, hóa độ bổn, độ đẻo, độ cứng, chịu tác diag SCE Sing MERE điện, KH ER Re the, Oe S20 kết hợp hợp lý ưu điểm vật liệu riêng biết tỏ2 có nhiều- lợi rong việc sử dụng để chế tạo khí cụ bay Những vật liệu kết hợp với cơng nghệ xử lý thích hợp cung sử dụng ưu điểm bật vật liệu nano tính NT Tan no chất cơ, ý, hóa nhiệt cải tiến đặc biệt Cơng nghệ chế tạo kiểm tra tính chất vặt liệu hàng khơng khí cụ bay thường có đặc thù riêng khó chuyển giao nẻn yêu cầu phải tự nghiên cứu cho phù hợp với điều kiện quan trọng việc kết hợp ngành khacs nghiên chế tạo khí cụ bay cắn thiết cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO (l] MẠT Kikuta: Mechanieal Properies oƒ Candidate Materials for Morphing Wings, Master of Science, Blacksburg, Virginia, 2003 I2] T Burg A Crosky: Materials for Aeronautical Enginnering, Materials Science and Engineering, University of New South Wales, 2001, 1-18 l3] H Chalaye: Composite Materials Drive and Innovation, SESSI-Ministere de LEconomie, de Finances et de L Industrie, No 158 (2-2002) [4] G Wu, LM Yang: The Mechanical Behavior of GLARE Laminaté for Aircraft Structures, Failure in Structural Materials, Overwiew, (2-2005), 72-102 [5] P.V Houtte: Mechanical Properties of Metals and Composites, Catholic University Louvain, Belgium, 2004, 183-187 [6] R.A Vaia: Polymer Nanocomposites Open a New Dimension for Plastics and Composites, The AMPTIC Newsletter, Volume, 6, Number 1, (2002), S 17-24 [7] M.T Kikuta: Mechanical Properties of Candidate materials for Morphing Wings, Blacksburg, Virginia, 2003, [8] J.A Ziegenhagen, J.C Hietholzer, E.L White: Aircraft Connector Boding Resistance Tests and Materials analysis, University of Dayton Research and Air Force Research Laboratory, USA, 2003, 1-11 (9] W.A Goddard Ill, D.W Brenner, SE Lyshevski, GJ Iafrate: Handbook of Nanoscience, Engineering and Technology, CRC Pres, Boca Raton ~ London ~ New ‘York ~ Washington, 2003 [10] Nguyễn Đức Hùng Lê Thị Thoa: Var ligu nand tic cong nghệ chế tạo đến khả nding ig dung, Tap chi Nghiên cứu KHKT&CNQS,Số 10, T3 (2005), 121-131 206 ... ứng dụng vật liệu micrô nanô vào lĩnh lực khí cụ bay chắn mang lại hiệu đặc biệt bất ngờ Các phương pháp xác định tính chất vật liệu khí cụ bay Các phương pháp xác định tính chất vật liệu sử dụng. .. hợp lý ưu điểm vật liệu riêng biết tỏ2 có nhiều- lợi rong việc sử dụng để chế tạo khí cụ bay Những vật liệu kết hợp với công nghệ xử lý thích hợp cung sử dụng ưu điểm bật vật liệu nano tính NT... thiết kế sử dụng VLCPS khéc (eqn ity bio Hình Ống nối loại vậtliệu Vật liệu polime Các polime sử dụng phán khác kết cấu khung vật liệu cách điện, vật liệu thủy tỉnh hữu suối, v đặc biệt vật liệu